Musíme hovoriť o temnom veku. Niety temné veky po páde západnej rímskej ríše. A musíme hovoriť o kozmickom úsvite: o zrode tých prvých hviezd, búrlivej epochy, ktorá úplne pretvorila tvár vesmíru do jeho modernej podoby.
Tieto prvé hviezdy mohli byť úplne na rozdiel od všetkého, čo vidíme v súčasnom vesmíre. A ak budeme mať šťastie, môžeme byť na vrchole toho, že ich uvidíme prvýkrát.
Najprv musíme vytvoriť trochu záhady.
Už všetci vieme, ako vznikajú čierne diery. Obrovská hviezda niekde severne od ôsmich krát väčšej hmotnosti nášho slnka prežije svoj krátky, ale predvídateľný život, ktorý spája vodík do hélia. Potom dôjde vodík a začne fúzovať hélium. Potom dôjdu hélium a začne horieť ťažšie veci, čím sa dostáva do periodickej tabuľky, až kým nenarazí na železo. Fúzovanie železa nasáva energiu namiesto toho, aby uvoľňovalo energiu, a tak nič nemôže zastaviť hrozný gravitačný kolaps hviezdy. Všetko sa vytlačí do malej hlasitosti a teraz máte čiernu dieru.
Časom sa táto čierna diera môže stretnúť a spotrebovať ďalšie čierne diery, alebo sa len sať na okolitý medzihviezdny materiál, čím sa zvyšuje beefiness. Pri dostatočnom čase a dostatočnom množstve jedla sa čierna diera môže zväčšiť, aby sa z nej stala obr - supermasívny obr. Tieto bytosti číhajú v srdciach galaxií a ľahko nakláňajú váhy na obrovský miliónnásobok hmotnosti hmoty nášho slnka.
Nový materiál naďalej padá - len preto, že čierna diera je gigantická, neznamená, že je hladovaný - a keďže plyn padá do zovretej čeľuste čiernej diery, komprimuje sa a zohreje sa, žiari jasnejšie ako hodnota galaxie hviezdy. Tento objekt má niekoľko mien - kvasar, blazar, aktívne galaktické jadro - všetky však znamenajú to isté: obrovská čierna diera jekŕmenie.
To je všetko v poriadku a dobré a trochu desivé, ale tu je problém. Vidíme kvasary vo veľmi vzdialenom vesmíre, čo znamená, že vidíme kvasary vo veľmi vzdialenom vesmíremladý vesmír, keď to nebolo ani miliarda rokov (áno, to je pre vesmír mladé). A proces, ktorý som práve opísal vyššie (formovanie veľkých hviezd, ich nechanie žiť a zomrieť, vytvorenie čiernej diery, nechať sa živiť gargantuanskými rozmermi) trvá oveľa dlhšie ako miliarda rokov.
Ako náš vesmír produkoval monštrum čierne diery tak rýchlo?
Ak sa zdá, že obvyklá trasa hviezdy -> čierna diera -> nefunguje v ranom vesmíre, je na čase zvážiť alternatívy. Skratky. Rýchlejšie cesty k vytvoreniu veľkých čiernych dier, ktoré naše pozorovania vyžadujú. A najrýchlejším spôsobom, ako vyrobiť superhmotnú čiernu dieru, je začať so superhmotnou hviezdou.
Aké supermasívne? Ako asi 100 000 slnečných hmôt, je pre vás dosť veľké?
Hviezdy podobné tomu v dnešnom vesmíre jednoducho neexistujú. Ak sa pokúsite napchať to všetkovec na dostatočne kompaktný zväzok, aby sa z neho stal hviezda, interakcie a nestability ho budú fragmentovať ako toľko rozpadajúceho sa cesta vo vašich rukách, a namiesto jediného monstra vytvoria veľa normálnych hviezd. Preto si myslíme, že hviezdy nad 100 slnečných hmôt sú dnes, hoci je to možné, mimoriadne zriedkavé.
Ale éra kozmického úsvitu bola iná doba. Pre jeden, ešte neexistovali žiadne ťažké prvky - jadrové kováreň nebola v prevádzke dosť dlho, aby znečistila medzihviezdne vodné cesty. Žiarenie z týchto ďalších prvkov je skvelý spôsob, ako ochladiť oblak plynu a spustiť jeho fragmentáciu na menšie kúsky. Po druhé, mladý vesmír bol zaplavený vysokoenergetickým ultrafialovým žiarením od náhleho narodenia iných menších hviezd. Toto žiarenie oddeľuje molekulárny vodík, ďalšiu kľúčovú cestu na ochladenie a fragmentáciu obrovského oblaku plynu.
Takže aj keď sú opäť zriedkavé, podmienky mohli byť práve na konci kozmického temného veku, aby vytvorili obrovské a dokonca supergiantné hviezdy: dostatok materiálu mohlo prúdiť do dostatočne malého objemu bez toho, aby sa rozpadlo, čím sa zrodila veľká hviezda.
Tieto obrovské hviezdy by viedli krátke životy a zrútili by sa priamo, aby vytvorili veľké čierne diery, čím by skrátili obvyklú cestu na výrobu kvázarov.
Znie to ako skvelý nápad, ale vo vede musia veľké nápady konfrontovať dôkazy skôr, ako v nich začneme veriť. V tomto prípade by bolo užitočné mať fotografiu jednej z týchto hviezd chrličov pred zmenili sa na čierne diery a potom na kvázary.
Je to ťažké, pretože vek, keď tieto hviezdy žili a zomreli, je od nás ďaleko. A tie hviezdy, aj keď boli stále obrovské podľa hviezdnych štandardov, boli veľmi malé, čo ich v týchto extrémnych vzdialenostiach ešte viac sťažilo.
Ale na chvíľu by sme mohli mať šťastnú prestávku. Posledné simulácie týchto podivných hviezd ukazujú, že sú prekvapivo chladné a majú povrchovú teplotu niekde medzi 6 000 - 8 000 Kelvinov, čo dáva ich povrchom intenzívnu červenú žiaru. A vďaka ich neuveriteľnej veľkosti sú veľmi jasné a praskajú svetlom pri intenzite desiatich miliárd slnečných lúčov. Táto kombinácia číreho jasu a hlbokej sčervenania znamená, že sú potenciálne viditeľné v infračervených vlnových dĺžkach pre niektoré nadchádzajúce misie.
Misie ako James Webb Space Telescope, nástroj špeciálne navrhnutý na lov prvých hviezd. Keby v tých dávno zaniknutých ére existovali supergiantné hviezdy, a keby niektoré z nich mali to šťastie, aby prežili do éry, v ktorej sa ich bratia už začali transformovať na čierne diery monštrum, čo ich priblížilo len o kúsok bližšie, existuje šanca, že môžeme priamo vyfotiť.
Aký to bude pohľad.
Čítať ďalej: „O detekcii nadmerných prvotných hviezd“
